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期刊基本信息
红外与激光工程
(月刊,创刊于1972年)
主管单位:
中国航天科工集团有限公司
主办单位:
天津津航技术物理研究所
中国光学工程学会
主编:张 锋
执行主编:卢 进
主要栏目
   » 红外技术及应用
   » 激光及光电子技术
   » 光学探测与成像技术
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2017, 46 (10)   出版日期:2017-10-25
  本期栏目:光谱探测与分析 生物光子学 激光雷达技术 激光器技术 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 激光技术及应用 特约专栏-“光电器件激光辐照效应” 
特约专栏-“光电器件激光辐照效应”

FT-CCD的纳秒脉冲激光毁伤效应

张震, 徐作冬, 程德艳, 师宇斌, 张检民
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1003001-1003001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.1003001
全文: HTML (1 KB)  PDF (982 KB)  ( 114 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
用1 064 nm波长8 ns脉宽激光,以1-on-1模式辐照在评估板驱动工作下的FT50M型FT-CCD图像传感器进行实验。结果显示,随着脉冲能量密度的逐渐提高,在FT-CCD输出图像中依次出现辐照点单侧黑线、白点、两侧白线等典型毁伤现象。这区别于IT-CCD在脉冲激光辐照下依次出现白点、白线的毁伤过程。通过对比FT-CCD与IT-CCD的结构异同,结合已知的IT-CCD的毁伤机制,分析认为单侧黑线毁伤现象的首先出现表明了FT-CCD多晶硅电极先于硅衬底受损的激光毁伤模式。文中丰富了对CCD图像传感器激光毁伤效应的认识,为深入探索CCD激光毁伤机制提供了新的线索。

激光脉冲串对电荷耦合器件积累损伤效应研究

邵俊峰, 郭劲, 王挺峰, 郑长彬
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1003002-1003002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201747.1003002
全文: HTML (1 KB)  PDF (964 KB)  ( 104 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
为了研究激光脉冲串对光电系统的损伤和致盲机理,开展了重频纳秒激光对黑白行间转移相机电荷耦合器件的损伤实验研究。实验结果表明:存在两种积累损伤效应机理,多个脉冲到达CCD靶面同一位置的损伤或致盲具有积累效应,多个脉冲积累损伤能够显著降低线损伤和全靶面损伤阈值,降低程度与脉冲个数、激光到靶能量密度有关。致盲机理与单脉冲致盲机理相同,均表现为器件垂直转移电路间及地间的短路;而激光脉冲串到达CCD靶面的不同位置也能够实现器件的功能性失效,其机制与单脉冲损伤显著不同,仅表现为线损伤的叠加,并未造成器件电路紊乱,功能性损伤阈值即对应线损伤阈值660 mJ/cm2,而小于单次致盲阈值1 500~2 200 mJ/cm2

线阵碲镉汞探测器对纳秒脉冲激光的反常响应规律及机理

张月, 王睿, 杨海峰
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1003003-1003003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201748.1003003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1076 KB)  ( 73 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
利用纳秒激光辐照PV型线阵HgCdTe探测器的局部光敏元,获得了该类器件损伤前被辐照和未被辐照像元输出信号随激光能量密度变化的全部响应规律,指出基底信号二阶段响应和光信号六阶段响应的规律特点,同时给出不同响应阶段激光能量密度阈值范围;发现了基底信号整体跃变的零压输出、光响应信号输出凹陷-回升-凸起等反常响应现象;并从探测器读出电路和热生电动势的角度揭示了反常响应现象的产生机理,希望能加强对阵列型HgCdTe探测器光响应特性的深刻认识,为该类器件的技术创新提供启示。

光电探测器上多组圆环条纹的现象与机理

王彦斌, 陈前荣, 朱荣臻, 任广森, 周旋风, 李华
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1003004-1003004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201749.1003004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1375 KB)  ( 53 )
摘要 ( 8 ) 引用本文
在开展激光对光电成像系统的干扰实验时,观察到光电探测器上多组圆环条纹并存的现象,并采用对光学系统拆解、测量、建模重构和光线追迹的方法揭示了每一组圆环条纹的产生机理。首先,对实验所用的光学系统进行拆解,测量各个镜片的曲率半径、厚度、通光孔径等几何结构参数,并采用TRACEPRO光线追迹软件建立了该光学系统的理论模型。基于该光学系统模型,追迹大量光线经光学系统传输后在光电探测器上的能量分布,分析每一种能量组分的来源,发现多组圆环条纹的出现是由于不同激光能量组分的干涉效应而产生的,并揭示了产生每组圆环条纹的对应能量组分。文中的研究结果可为激光对光电成像系统的干扰效果评估提供技术支撑。

基于微通道板的像增强器增益饱和效应研究

谢运涛, 张玉钧, 王玺, 孙晓泉
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1003005-1003005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201750.1003005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1004 KB)  ( 61 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
为评估像增强器对强光的响应特性,开展了连续激光对像增强器的辐照实验,分析了激光辐照对其增益特性的影响。实验结果表明:持续增加激光功率,直到光阴极处激光功率密度达到点饱和阈值激光功率密度的8×104倍时,仍未出现像元串扰现象,表明像增强器出现了增益饱和,其输出光强受限。建立了像增强器的微通道板等效电路模型,分析了微通道板的增益特性,得到微通道板线性增益允许的最大入射电流约为1.64×10-10 A。该结果非常接近实验测量值,表明通道损失的电子得不到及时补充是增益饱和的主要原因。

连续激光供能单结GaAs光电池输出特性仿真

孙浩, 周大勇, 张宏超, 陆健
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1003006-1003006(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201751.1003006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1100 KB)  ( 64 )
摘要 ( 37 ) 引用本文
为了研究808 nm连续激光供能对单结GaAs光电池输出性能的影响,利用COMSOL和MATLAB软件构建了相应物理模型,通过数值仿真研究了激光功率密度、等效串并联电阻和减反膜对热稳态时光电池伏安特性、开路电压、短路电流、光电转换效率、填充因子和稳态工作温度的影响。结果表明:随着激光功率密度增大,开路电压和短路电流不断增大,且转换效率和填充因子都具有最大值;减小等效串联电阻和增大等效并联电阻是提高光电池输出性能的有效方法;减反膜结构对提高光电池转换效率非常重要,但也使光电池热稳态工作温度较高。当入射功率密度为62.4 mW/cm2时,光电池热稳态输出效率达到最高为50.13%。该数值模拟结果与相关实验结果基本相符,对连续激光供能光电池输出特性研究提供一定的理论依据。
激光器技术

914nm共振泵浦高效率主动调QNd:YVO4自拉曼激光器

丁欣, 赵岑, 姜鹏波, 盛泉, 李斌, 刘简, 孙冰, 姚建铨
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1005001-1005001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201752.1005001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1037 KB)  ( 47 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
报道了一种基于914 nm共振泵浦技术的高效主动调Q Nd:YVO4自拉曼激光器。将处于基态低斯塔克能级粒子直接泵浦到激光上能级,可以减小斯托克斯因子损耗、降低量子亏损,从而实现了高效的1 176 nm拉曼光输出。在共振泵浦条件下,对泵浦吸收对转换效率的影响进行了详细的实验研究。使用两块掺杂浓度不同的Nd:YVO4晶体,分别获得了1.51 W (1.0-at.%,20℃)和2.11 W (2.0-at.%,20℃)的平均输出功率,对应的光光转换效率分别为28.5%(1.0-at.%)和35.2%(2.0-at.%),相对于吸收泵浦光的转换效率分别为42.7%(1.0-at.%)和39.0%(2.0-at.%)。

基于REC技术的激光器阵列传感系统设计

秦逸轩, 倪屹, 姚辉轩
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1005002-1005002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201753.1005002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1099 KB)  ( 17 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
分析并提出了基于重构等效啾啁(REC)技术激光器阵列的传感系统和解调算法。REC工艺满足激光器阵列的低成本大量生产,并具备小体积的优势,在未来传感领域中有较大的实用价值。提出了一种激光器扫描的高效算法用来测量光纤布拉格光栅(FBG)因外界应力而产生的位移量。系统的独特性在于阵列激光器通道仅需调谐0.4 nm采样数据,取代了扫描FBG主功率峰,并且算法在FBG的任意谱段均适用,可以用于多通道波峰复用的FBG传感网络中。在单通道和四通道的实验中对FBG反射谱的位移进行精确定位,初步实验证明了该系统和算法的有效性和可行性。算法得出单通道中心波长与实际中心波长误差均在5 pm以下,四通道可以到达在2 pm以下,应力与算法结果中心波长呈现很好的线性度。对今后多通道激光阵列传感具有一定参考价值。

千瓦级传导冷却半导体激光器阵列热特性

朱其文, 张普, 吴的海, 聂志强, 熊玲玲, 刘兴胜
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1005003-1005003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201754.1005003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1184 KB)  ( 61 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
随着半导体激光器输出功率的进一步提高,热管理已经成为制约其性能和可靠性的关键瓶颈之一。利用有限元方法对千瓦级高功率传导冷却型(G-Stack)半导体激光器阵列的热特性进行数值模拟与分析。结果表明工作脉宽大于250 μs时器件各发光单元之间会发生严重的热串扰现象。在横向及垂直方向的热量分别为64.7%与35.3%,横向方向热阻的74.9%及垂直方向热阻的66.5%来自CuW,表明CuW对于激光器的散热性能有着决定性的影响。实验测试了器件在不同占空比条件下的光谱特性,得到工作频率分别为20、30、40 Hz相对50 Hz的温差分别为2.33、1.56、0.78℃,根据累积平均温度法计算得到的温差分别为2.13,1.47,0.75℃,理论模拟结果相对于实验结果的平均误差小于6.85%,结果表明理论模拟结果和实验瞬态热阻基本吻合。

石墨烯锁模的全保偏光纤激光器

陈恺, 祝连庆, 娄小平, 姚齐峰, 骆飞
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1005004-1005004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201755.1005004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1148 KB)  ( 58 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
报道了一种基于反射式石墨烯可饱和吸收镜锁模的全保偏掺铒光纤激光器。分别使用单层和十层石墨烯作为可饱和吸收器件,通过全保偏结构,避免了外界环境对腔内偏振态的影响,获得了高稳定性、高偏振度、易自启动的锁模脉冲输出,脉冲宽度分别为697 fs和502 fs。实验表明,十层石墨烯相比于单层石墨烯能够获得更窄的脉冲宽度,更高的峰值功率,具有好的锁模效果。研究同时发现,经十层石墨烯锁模,进一步提高泵浦功率,可在全保偏光纤腔中获得重复频率62.94 MHz的二阶谐波锁模脉冲输出。并通过非线性薛定谔方程对谐波锁模产生的机理进行了分析。这种基于反射式可饱和吸收镜的全保偏锁模光纤激光器有望成为实现基频锁模与谐波锁模可切换的单偏振激光源。

500W级半导体激光器光纤耦合输出模块设计

吴华玲, 郭林辉, 余俊宏, 高松信, 武德勇
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1005005-1005005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201756.1005005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1281 KB)  ( 57 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
为实现亮度均匀、形状对称、高对称光束质量的高功率半导体激光输出,提出了一种基于mini-bar芯片的高功率光纤耦合系统设计方案,使用Zemax设计了一套针对200 μm/NA0.22多模光纤的500 W级光纤耦合输出系统。设计使用反射镜-条纹镜系统实现单列叠层微通道封装芯片快轴方向光束的尺寸压缩,并结合偏振合束技术在不改变光束束参积的条件下将功率提高一倍,并使用慢轴扩束系统压缩慢轴方向发散角,最后采用非球面透镜耦合进目标光纤。在设计的基础上采用4列叠层微通道封装的叠阵(每列包含5个mini-bar芯片)进行了等效验证实验,在注入电流为37 A时得到稳定输出功率506 W的小型化模块,亮度达10.3 MW/(cm2·sr),电光效率为43.0%。设计和实验共同表明,该光纤耦合模块可实现500 W稳定功率输出,可广泛应用在光纤/固体激光泵浦及工业加工等领域。

采用可调Mach-Zehnder滤波的波长可切换掺铒光纤激光器

丁香栋, 何巍, 姚齐峰, 骆飞, 祝连庆
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1005006-1005006(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201757.1005006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1184 KB)  ( 75 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
为了实现高稳定性的可调谐激光输出,提出并设计了一种基于马赫-曾德(M-Z)结构和光纤光栅串结合的掺铒光纤激光器,在M-Z干涉结构的一个干涉臂中加入光学延迟线(ODL),实现对干涉间隔的灵活可调。系统结构设计采用976 nm波长的LD作为泵浦源,长度为6 m的掺铒光纤作为增益介质;采用光栅串将特定波长的光反射回环形腔形成振荡;采用M-Z结构产生梳状滤波用来对光栅串反射回的光进行选择;通过调节ODL来改变腔内损耗,进而实现激光的可调谐输出,并通过在系统中加入可饱和吸收体(SA)和子腔结构来抑制波长的跳变。实验中,在泵浦功率为100 mW时,实现了单波长双波长和三波长的稳定的激光输出。单波长共输出13个,调谐范围为1 570~1 596 nm,调谐间隔为2 nm,边模抑制比均大于50 dB。

啁啾光纤光栅在硫系光纤激光器中的色散补偿

曾江辉, 张培晴, 张倩, 李杏, 许银生, 王训四, 戴世勋
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1005007-1005007(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201758.1005007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1048 KB)  ( 36 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
中红外波段包含极其重要的大气窗口和众多分子的指纹区,基于硫系玻璃的中红外光纤激光器逐渐引起人们的重视。由于硫系玻璃具有极高的非线性和色散特性,脉冲激光在硫系光纤中的展宽成为发展中红外超短激光必须解决的重要问题。针对脉冲激光在硫系光纤中传输的展宽问题,设计线性啁啾光纤光栅,用于补偿高斯脉冲激光经过光纤之后的色散展宽。模拟结果表明:光纤色散导致的脉冲展宽可以通过线性啁啾光纤光栅进行很好的补偿。进一步研究发现,通过对设计的啁啾光纤光栅运用高斯变迹函数进行切趾优化,可以显著改善色散补偿的效果,以获得对脉冲激光色散展宽的完全补偿。文中的研究对于设计高质量的硫系中红外光纤激光器具有理论指导意义。
激光技术及应用

基于星载激光测高仪多模式回波的激光测距修正值分析

李少辉, 周辉, 倪国强
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1006001-1006001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201759.1006001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1148 KB)  ( 77 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
星载激光测高仪多模式回波是由多个目标产生的子脉冲组合而成。根据多模式目标的空间分布特点,采用倾斜角、区域面积、中心位置和高度等参数实现其子目标的几何化建模,结合目标响应函数的基本定义,利用线积分的方式构建了子目标响应函数的表达形式。同时,基于一阶矩理论推导出子目标激光测距真值及其修正值的数学模型。以星载激光测高仪GLAS系统参数为输入,利用数值分析的方法,模拟出子目标倾斜角、面积和位置对接收脉冲回波形态和激光测距修正值的影响。结果表明,随着子目标倾斜角、区域面积和子目标偏离光斑中心距离的增加,激光测距修正值也逐渐增大。针对平坦目标、缓坡目标和陡坡目标,其激光测距修正值分别达到1.33 m、4.98 m和12.07 m,其影响程度非常大。基于激光测距修正值的分布规律,以子目标倾斜角、面积和中心偏距为变量,采用线性函数描述了激光测距修正值的理论表达形式,所得结论对于提升多模式激光测距值的测量精度具有重要的指导作用。

采空区三维激光扫描空间分辨率增强方法

余乐文, 张达
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1006002-1006002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201760.1006002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1061 KB)  ( 59 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
地下金属矿山开采形成的采空区已成为危及矿山安全生产的主要灾源之一,对矿产资源安全开采和矿区周边环境构成威胁,三维激光扫描技术能精确地获取采空区三维空间形态,已成为采空区高精度探测的主要手段。采空区传统等步距角扫描方法具有空间分辨率不均匀、效率低等缺点。结合采空区空间形态不规则等特点,提出采空区三维激光扫描空间分辨率的增强方法,推导了调节螺旋线间距和扫描轨迹上激光点间距的计算公式。矿山采空区扫描试验结果验证了方法的有效性,提高了三维激光扫描的空间分辨率,为采空区三维形态高精度获取提供了解决方案。

基于远场光学的高分辨率激光探针系统研究

郑重, 吕瑶, 李文成
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1006003-1006003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201761.1006003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1432 KB)  ( 40 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
鉴于激光探针分辨率低的问题,提出基于远场光学技术对激光探针仪的光学系统进行改进和设计,实现了高分辨率激光探针仪的研制。研究了基于远场光学的激光探针仪的极限分辨率,采用数值孔径为0.4的反射式聚焦物镜对波长为532 nm的脉冲激光束进行聚焦,在合适能量条件下,烧蚀Al和Fe纯样表面获得的极限分辨率分别为2.26 μm和1.87 μm,在此极限分辨率下利用同轴光谱采集系统且能够采集到3倍于背景噪声强度的Al和Fe元素的光谱信号;设计并实现了带同轴照明的同轴共焦成像系统,视场放大率达24.7倍,采用的同轴照明系统能够有效提高摄取图像的锐度和清晰度,获得的图像分辨率不低于228 lines/mm;发明了一种带指示光的同轴光谱采集系统,能够将同轴光谱采集器与等离子体的对准误差控制在10 μm以内,通过二维扫描装置,实现对等离子体表面7×9的矩形点阵列进行精确光谱采集,获得了等离子体原子光谱强度的空间分辨图像。

弧形悬垂实体结构激光熔覆成形

邓志强, 石世宏, 周斌, 贾帅, 王聪
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1006004-1006004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201762.1006004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1217 KB)  ( 26 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
运用6轴机器人及光内送粉技术进行弧形悬垂实体结构成形,提出了空间变姿态径向搭接方法:熔覆头沿圆弧切线方向连续变姿态,径向多道搭接。探讨了熔覆喷头堆高自适应区间,推导了离焦量在-5.5~-1.5 mm时,单道熔层生长量随离焦量变化的量化关系式,并加以实验验证。对成形悬垂实体件检测结果表明:成形件表面平整,过渡平缓无阶梯效应;不同倾角下成形件厚度长度均匀,各尺寸精度均接近建模要求;电镜组织分析表明不同倾角下各处显微组织均匀致密无明显差别。对成形件作硬度检测,其硬度分布与电镜组织保持相同变化规律。

交叉蝴蝶结纳米结构的Fano共振效应用于表面增强相干反斯托克斯拉曼散射的理论研究

张祖银, 朱海军, 宋国峰
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1006005-1006005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201763.1006005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1083 KB)  ( 49 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
Fano共振效应拥有独特的局域场增强效果,在表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,不同波长局域场增强空间位置相同的结构结合Fano共振效应,可以实现"混合频率共振模式",使得表面增强相干反斯托克斯拉曼散射总的增强因子得到大幅度提高。采用FDTD软件系统研究了对称的交叉蝴蝶结Au纳米结构的Fano共振效应,该效应使得交叉蝴蝶结结构中心位置附近的电场强度得到大幅度的增强,把该结构应用到表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,可以使表面增强相干反斯托克斯拉曼散射信号的增强因子高达1013,达到单分子检测的水平。
激光雷达技术

纯转动拉曼激光雷达探测北京地区近地面大气温度

尚震, 谢晨波, 王邦新, 谭敏, 钟志庆, 王珍珠, 刘东, 王英俭
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1030001-1030001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201764.1030001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1233 KB)  ( 45 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
对流层大气温度的垂直分布特征直接关联天气现象和大气污染物扩散,一直是气象和环境部门的重点观测对象。当前激光雷达技术已经成为探测对流层大气温度垂直分布和时间演变的有效手段。然而由于对流层中含有大量的气溶胶粒子,因此利用传统的振动拉曼和瑞利散射激光雷达技术测量大气温度具有一定的局限性,尤其是边界层内存在高浓度的气溶胶粒子会严重降低大气温度测量精度。采用纯转动拉曼激光雷达技术可有效降低气溶胶粒子对测量温度精度的影响。纯转动拉曼测温激光雷达的核心是分光单元设计,国内外研究普遍使用基于双光栅干涉仪的分光方法。文中将采用基于滤光片法的纯转动拉曼信号分光设计,相比而言该方法具有更高的分光效率,并且能够通过调节滤光片的角度改变激光雷达系统的灵敏度,操作更为简单。在中国科学院"大气灰霾追因与控制"先导专项支持下,该激光雷达与2014年11月安置在中国科学技术大学超级大气观测站。在亚太经济合作组织北京会议期间,展开大气环境测量试验。激光紫外波段能量约为200 mJ,频率为20 Hz,激光脉冲数为5 000发,空间分辨率为7.5 m。实验结果表明,在晴朗无云气溶胶浓度较小的天气条件下温度测量统计误差小于1.5 K,测量高度可达10 km,在7.5 km以下统计误差小于1 K;在有薄云或者轻度雾霾天气条件下,温度测量统计误差在±3 K左右,测量有效高度通常在6~8 km,在4.8 km以下统计误差小于1 K。

单波长发射五通道接收激光雷达系统研制

陶宗明, 单会会, 张辉, 张连庆, 王申浩, 麻晓敏, 周浦城, 姚翎, 薛模根, 王邦新, 谢晨波, 刘东, 王英俭
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1030002-1030002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201765.1030002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1136 KB)  ( 36 )
摘要 ( 24 ) 引用本文
后向散射激光雷达是探测大气气溶胶参数的有力工具,但它存在盲区和过渡区,且需要假设气溶胶的消光后向散射系数比来反演气溶胶的参数,这些限制了它的探测范围和精度。集侧向散射、后向散射和拉曼散射于一体的单波长发射五通道接收激光雷达系统,克服了上述困难。该激光雷达可以探测气溶胶的退偏比廓线、水汽混合比廓线、后向散射系数廓线和消光系数廓线等。气溶胶后向散射系数和消光系数可从地面到对流层顶进行探测,气溶胶退偏比廓线可以在对流层内进行探测,水汽混合比廓线可以在边界层内进行探测。在硬件条件的基础上,分析了各通道的信噪比和探测结果的随机相对误差。实例探测表明:该激光雷达系统数据可靠,探测范围较广。该系统的建立,为进一步深入研究气溶胶消光系数、水汽时空分布以及它们之间相互关系奠定了坚实的实验基础。

成像激光雷达测量大气能见度实验研究

孙国栋, 秦来安, 程知, 何枫, 侯再红
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1030003-1030003(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201766.1030003
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摘要 ( 17 ) 引用本文
针对传统的后向散射激光雷达系统结构复杂和需要几何因子矫正的情况,研制了一套可以全天候测量的成像激光雷达用以克服这些缺陷。采用基于求解消光系数分布的方法反演能见度,提出一种Klett后向积分法与遗传算法相结合的改进的迭代算法,同时用传统的斜率法和权重拟合法求得能见度。选取比较有代表性的四种天气,多云、阴天、晴天和雨天的数据进行处理,得到这四种天气情况下的能见度。将这四组能见度数据与能见度仪器Belfort 6230A在这四天同时测得的能见度数据进行对比,结果表明,在不同的天气情况下,两种仪器测得的数据趋势相同,相关系数均在0.67以上,具有较强的相关性。可以得出结论:研制的成像激光雷达系统可用于探测大气的能见度。

荧光偏振短距激光雷达测量生物战剂/气溶胶

杨辉, 赵雪松, 孙彦飞, 王铁栋, 叶结松
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1030004-1030004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201767.1030004
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摘要 ( 13 ) 引用本文
基于激光诱导荧光(LIF)原理和弹性散射作用于非球形粒子上产生的偏振特性,设计研制了短距测量荧光和偏振激光雷达:采用了三个激光光源、两个接收望远镜、一个退偏组件和一个荧光光谱特征分析光谱仪,设计遥测探测距离为200 m至数千米。荧光测量采用了Nd:YAG激光器的三倍频355 nm和4倍频266 nm输出,激光束脉冲宽度约为6 ns,重复频率为20 Hz,荧光接收光学及光谱分析子系统由25.0 mm口径的f/4牛顿望远镜,车尔尼特纳光谱仪和32通道的光电倍增管(PMT)等组件组成;偏振和弹性散射信号由孔径12.5 mm的卡塞格林望远镜接收。荧光测量的信噪比仿真计算表明:以最小SNR=10作为参照,在1 km距离上,白天探测不到数浓度为10 000个/升的战剂云团,但在夜间则可以获得较好的信号强度;偏振测量结果初步分析表明:(1)退偏比表现出较强的波长依赖性;(2)多波长退偏比测量可以显著提高生物战剂的鉴别能力。

基于速度结构函数的多普勒激光雷达低空湍流预警算法

熊兴隆, 韩永安, 蒋立辉, 陈柏纬, 陈星
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1030005-1030005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201768.1030005
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摘要 ( 16 ) 引用本文
为提高激光雷达对小尺度低空湍流的预警率,提出了一种将下滑道扫描与横向速度结构函数相结合的预警算法。首先,把下滑道扫描方式下得到的扫描扇区分成多个重叠的子扇区,采用空间波动法计算每个子扇区的横向结构函数。其次,将结构函数与Von Karman模型预测的结构函数拟合得到涡流耗散率,并以国际民航组织规定的湍流阈值来判断湍流强度。使用香港天文台安装在香港国际机场实的激光雷达采集数据进行了实验验证,结果表明新方法能够检测出纵向速度结构函数未能检测出的小尺度湍流。该方法是有效的,对于提高湍流的预警率有重要意义。
光电测量

采用光束扫描的透射仪测量光路自动准直系统

周树道, 马忠良, 王敏, 彭舒龄
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017001-1017001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201769.1017001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1284 KB)  ( 28 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
能见度是航空、航海及其他领域关系到安全保障的重要气象要素之一,透射式能见度仪在安装和使用过程中测量光路的准直状态,对能见度测量精度有重要影响。根据其光学系统的特点提出了一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法,并基于该方法设计了自动准直系统。系统通过电机驱动发射端探测光束与接收端接收视场分别在两个垂直方向上进行扫描,计算发射端与接收端的准直方位角,进而实现透射仪测量光路的对准。系统测试表明,系统可以实现透射仪测量光路的自动对准,方位角定位最大误差为66μrad,准直时间小于10 min,系统具有准直精度高、过程自动化、易于安装等特点。

基于粒子群算法的星敏感器光学误差标定方法

张尧, 王宏力, 陆敬辉, 何贻洋, 姜伟
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017002-1017002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201770.1017002
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摘要 ( 8 ) 引用本文
针对星敏感器光学误差两步法标定局部寻优能力强,但标定结果受初值影响大的问题,基于粒子群算法,提出一种改进的星敏感器光学误差参数标定方法。该方法首先利用粒子群算法全局搜索能力强的优点,为光学误差的两步法标定提供一组次优的初值条件,然后将其代入两步法中,得到标定值。仿真结果表明:该方法能够有效解决两步法标定受初值条件影响大的不足,并能够提高标定结果的稳定性。

基于白光LED的室内行走目标三维定位方法

金杉, 金志刚
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017003-1017003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201771.1017003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1182 KB)  ( 37 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
为了解决现有可见光室内动态目标定位方法中出现的阴影遮蔽、保密性差、光源能耗量大且相互干扰等实际问题,提高定位精度,提出一种基于白光LED的室内行走目标定位方法。分析了室内行走特点,建立基于固定的复眼接收器、SiO2透明地板和光束位移的定位模型,对两处最优复眼透镜进行虚拟直射变换,实现行走目标的三维定位。该方法仅用单一LED发射器即可精确定位,节省了大量能耗。同时,有效缩短了光束传播距离,提高了光功率,具有良好的保密性和泛化性。实验表明:动态目标定位方法监测位置误差率能够限制在3.5%以内;当对5个以上行走目标定位时,若相邻接收器间距与接收器覆盖半径相等,则定位精度最高。

基于孔径分割的全斯托克斯测量仪的误差分析

常凌颖, 赵俊香, 郑爱国, 杜丹
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017004-1017004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201772.1017004
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摘要 ( 15 ) 引用本文
基于孔径分割的全斯托克斯测量仪可以获取目标的全部偏振信息,但是偏振探测仪器自身的误差会影响测量结果的准确度,因此需要对测量仪获取斯托克斯矢量[S0S1S2S3]时的测量误差进行分析。首先,研究了偏振光学中斯托克斯矢量相关理论;其次,介绍了基于孔径分割的全斯托克斯测量仪的工作原理和测量原理。然后,分析了测量仪获取斯托克斯矢量时的误差源。最后,仿真分析了该误差源对斯托克斯矢量和目标偏振信息(偏振度、椭率角和方位角)的影响。最终仿真结果表明:波片相位延迟量±5°时,偏振度和椭率角的相对误差为1.16%、4.55%,波片快轴方向相对于x轴的角度为±2°时,方位角的相对误差为7.68%;CCD探测器的噪声信噪比为40 dB时,偏振度、椭率角和方位角的相对误差约为1%。分析结果为实验装置元件参数的选择提供参考依据,为基于孔径分割的全斯托克斯测量仪的优化提供理论支持。

气浮实验台位姿视觉测量方法

刘宇航, 顾营迎, 李昂, 李大为, 徐振邦, 刘宏伟, 吴清文
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017005-1017005(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201773.1017005
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摘要 ( 19 ) 引用本文
为了实现气浮实验台位姿的实时确定,提出了一种基于单目视觉的位姿测量方法。首先,设计了一种具有旋转、平移、缩放不变性且易于探测的圆形合作靶标;其次,结合靶标尺寸、形状以及安装位置,基于Blob分析快速识别合作靶标,保证了定位点提取的准确性;然后,提出一种在待识别区域内进行"行、列"扫描统计的靶标圆心测量算法,实现靶标圆心的快速、鲁棒提取;最后,结合计算机坐标系下的圆心位置以及视觉测量系统中坐标变换关系,解算气浮实验台的实际位姿。实验结果表明:该方法测量位姿精度较高,抗噪能力强,在处理1 600 pixel×1 600 pixel图片的情况下,平均测量周期为53.086 ms (约19帧/s),能够实现对气浮实验台位姿实时、精确、鲁棒的测量。

视场网状分区域建模的星敏感器标定方法

金荷, 毛晓楠, 孙少勇, 余路伟, 周琦, 张晴
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017006-1017006(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201774.1017006
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摘要 ( 20 ) 引用本文
星敏感器标定是基于更高精度的测量基准对光学系统内方位元素进行建模与最优化解算的过程。针对大视场星敏感器光学系统误差分布非理想轴对称的实际情况,提出了一种采用视场网状分区域建模的内方位元素最优化解算方法。首先,在补偿了星敏感器与标定系统初始对准误差后,基于针孔模型计算主点和焦距;然后,在视场分区域建模思想的指导下,采用多项式拟合结合双线性插值的方法修正畸变;最后,提出了基于测角误差的标定精度评价准则。经实验室标定与外场观星验证,x轴与y轴标定残差较全局建模法分别降低了35%和20%,证明了该方法的有效性。

基于数字天顶仪的时间标定方法

刘先一, 张志利, 周召发, 张西辉, 杨上
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017007-1017007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201775.1017007
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摘要 ( 12 ) 引用本文
为了获得高精度的时间信息,常采用GPS等授时系统进行授时,但在野外等复杂环境下往往接收不到GPS等授时信息。数字天顶仪是一种高精度的天文定位仪器,采用数字天顶仪进行时间标定的研究相对较少。考虑到数字天顶仪的定位结果受恒星视位置和时间的影响,首先分别研究了时间误差及星表精度对恒星视位置的影响,然后分析了恒星视位置对数字天顶仪定位精度的影响。基于数字天顶仪的定位原理提出了一种时间标定的新方法,并得出时间标定的精度在0.025 s。实验数据的分析结果表明该时间标定的方法是可行的。

用于平响应X光探测器的复合滤片参数优化

车兴森, 侯立飞, 杨轶濛, 杜华冰, 杨国洪, 韦敏习
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017008-1017008(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201776.1017008
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摘要 ( 15 ) 引用本文
在间接驱动的激光惯性约束聚变实验中,激光辐照产生的X射线能流的测量非常重要,它可以推测出黑腔的辐射温度和激光腔靶的耦合效率,一般通过平响应X射线探测器得到不同角分布的辐射流数据。通过对平响应复合滤片的结构参数进行优化设计,提高了平响应X射线探测器的测量精度。研究了复合滤片中薄金层、厚金层和孔面积比等结构参数对X射线探测器响应平整度的影响规律。从实验结果中可以得出:滤片和金阴极的标定数据和理论结果基本一致,并且薄金层的厚度对探测器整体响应的平整度起到主要作用,厚金层厚度和孔面积比影响较小,优化后探测器的平响应度达到5%,与理论设计相一致,此时的薄金层厚度、厚金层厚度和孔面积比分别为50 nm、380 nm和1:6.1。

Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量

鞠恒, 林成新, 张佳琪, 刘志杰
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017009-1017009(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201777.1017009
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摘要 ( 34 ) 引用本文
为制备低残余应力涂层,在304不锈钢表面激光熔覆Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层。采用ANSYSTM有限元分析软件分析其应力场,利用机械钻孔法测量相同工艺条件下的激光熔覆试样的残余应力分布特性对模拟结果进行验证,并采用XRD分析Fe-Mn-Si记忆合金涂层低残余应力机理。结果表明,激光熔覆产生的应力诱发Fe-Mn-Si记忆合金各涂层γε马氏体转变,将残余应力释放,得到低残余应力涂层。在受到各道激光照射(光斑接近至远离)过程中产生的热应力交替呈现为"拉-压-拉"应力状态,越远离激光热源中心,热应力越小;冷却完成后,激光涂层上残余应力表现为拉应力,最大应力位于基体与涂层交界处;在垂直与平行于激光熔覆两个方向上,涂层中的残余应力均呈现两侧大中间小的分布规律,在厚度方向上,熔覆涂层表面至涂层中心残余拉应力逐渐增加到最大值后,过涂层中心至熔化边界残余拉应力的数值开始逐渐降低,过涂层边界后,基体承受压应力并逐渐趋于零应力应力状态。

结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

刘巍, 张洋, 高鹏, 杨帆, 兰志广, 李晓东, 贾振元, 高航
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017010-1017010(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201778.1017010
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摘要 ( 6 ) 引用本文
为实现大型航空零件三维测量过程中激光光条的快速高精度提取,提出了一种结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法。首先,根据序列图像的结构不变性将高分辨率图像压缩为低分辨图像。接着,通过二次拟合求解低分辨率图像中激光光条中心的法线斜率。然后,将低分辨图像求得的法线斜率还原到高分辨激光光条图像中。进而通过灰度重心判断准则,快速计算激光光条的亚像素中心。最后,采用所提出的方法分别在实验室和大型航空零件装配测试台上进行了复合材料标准样件和复杂零件的三维形貌测量。实验结果表明:该方法的单激光光条重建误差为0.269 mm,三维形面的重建误差为0.268 mm。该方法可有效提高工程零件快速测量过程中激光光条提取精度,满足大型航空零件现场测量的工程要求。

基于空间位置的增量式光电编码器误差检测系统

卢新然, 宋路, 万秋华, 于海, 刘小树
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1017011-1017011(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201779.1017011
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摘要 ( 12 ) 引用本文
增量式光电编码器输出信号的正交性和均匀性是其重要技术指标之一,对增量式光电编码器的精度检测是编码器研制和生产过程中的重要环节。传统信号质量的检测是基于时间位置进行检测的,其检测准确度受转速均匀度影响,在高速、变速转动下对增量式光电编码器的动态性能检测并不准确。提出了一种基于空间位置的信号质量检测方法,并设计了相应的检测系统。检测系统采用直流无刷电机带动高精度角脉冲发生器和被检增量式编码器同轴旋转,并采集高精度角脉冲发生器在被检增量式编码器输出信号边沿时刻的数值,进行误差计算。该检测系统极大地减小了由于转速不均匀造成的测量不准确度。运用该检测系统对输出脉冲周期数为32 400的增量式编码器进行检测,并与时间位置检测法进行对比实验。实验结果表明:该检测系统检测结果不受电机转速变化的影响,可有效地提高检测精度及检测效率,能够实现动态检测。该系统的研制为批量生产增量式光电编码器提供了极大的便捷。
红外技术及应用

基于分时共享方案的640×512红外读出电路设计

梁清华, 蒋大钊, 陈洪雷, 丁瑞军
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1004001-1004001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201780.1004001
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摘要 ( 21 ) 引用本文
大规模、高集成度的红外焦平面器件是实现高空间分辨率红外成像的核心。针对高集成度的红外焦平面技术发展,文中设计了一款15 μm中心距640×512的红外焦平面读出电路。为提升器件信噪比和积分时间,提出了一种2×2四个像元分时复用积分电容共享技术方案,单元采用直接注入(DI)结构作为输入级,使得读出电路最大电荷容量可达20 Me-/像元。电路有两档电荷容量可选,可满足不同光电流信号的读出要求。为了减小噪声的注入及提高缓冲器偏置电流的精度,为信号传输链路设计了相应的偏置电路。电路仿真结果表明,电路帧频108 Hz,功耗低于110 mW,线性度可高达99.99%。电路采用了CSMC 0.18 μm 1P4M 3.3 V工艺加工流片,常温测试结果显示电路工作电流正常,偏置开关可控,功能正常。

复杂背景下玫瑰扫描红外探测系统作用距离评估方法

李文通, 丁雯, 朱牧
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1004002-1004002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201781.1004002
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摘要 ( 13 ) 引用本文
对复杂背景下传统作用距离方程无法准确评估红外探测系统作用距离的问题,提出了玫瑰扫描体制下复杂背景中不同辐射亮度区域被探测的概率计算方法,结合推导的玫瑰扫描红外探测系统作用距离模型,得出复杂背景下玫瑰扫描红外探测系统作用距离概率模型。基于红外热像仪采集的背景灰度计算玫瑰扫描红外探测系统响应脉冲幅值的计算方法,利用外场实测数据对该模型进行验证,并与实验结果进行了对比分析,结果证明改进后的概率模型能够一定程度解决复杂背景玫瑰扫描红外探测系统作用距离估算的问题,具有一定的实用价值。

背景杂波对红外偏振成像系统作用距离的影响

梁建安, 赵万利, 王霞, 贺思, 金伟其
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1004003-1004003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201782.1004003
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摘要 ( 12 ) 引用本文
基于红外成像系统作用距离估算最小可分辨温差(MRTD)方法建立了红外偏振成像系统作用距离模型,分析了背景杂波影响下红外偏振成像系统作用距离。通过仿真发现,红外偏振成像系统作用距离是由目标/背景红外偏振特性、大气传输过程和观察方式等众多因素共同决定的,背景杂乱程度大幅影响红外偏振成像系统作用距离,偏振成像模式与强度成像模式依据应用条件的不同具有不同的优势。

3~5μm红外天空亮度测量的多元定标模型

赵志军, 许方宇, 高玲, 郭杰, 徐世春, 刘忠
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1004004-1004004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201783.1004004
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摘要 ( 20 ) 引用本文
传统一元定标法测量红外天空亮度,面临诸多困难,如测量易受环境温度变化影响、仪器动态范围不足等。提出增加积分时间为自变量的二元定标模型,解决了仪器动态范围不足的问题;然后通过改变环境温度的系列实验,掌握了二元定标模型中仪器辐射随环境温度变化的规律;基于此,提出再增加环境温度为自变量的三元定标模型。实验数据表明,三元模型与实测数据拟合程度很高,相关系数为1.000,模型参数a、b、d,95%置信度的相对不确定度均小于0.82%,当环境保持某一温度不变时,三元模型退化为二元模型,各模型参数稳定,其相对偏差小于0.6%。最后,通过红外天空亮度实测,验证并比较了三元和二元定标模型;结果表明,三元模型定标测量法使用条件宽泛,既扩大了仪器动态范围,又不受环境温度变化影响;更重要的是,不再需要现场定标,提高了测量精度和测试效率。

CFRP层板缺陷红外热波雷达成像检测概率研究

龚金龙, 盖志刚, 解维浩, 刘恩晓, 禹定峰, 刘俊岩, 王扬
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1004005-1004005(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201784.1004005
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摘要 ( 16 ) 引用本文
建立了Chirp调制激光激励的红外热波雷达成像检测系统,提出了基于分数阶傅里叶变换的Chirp锁相算法和基于希尔伯特变换时域积分的HT算法,实现了对CFRP层板缺陷的检测;合理设计了模拟缺陷的尺寸分布范围与缺陷判定准则,采用Hit/miss法分析了信号提取算法对检测概率的影响;给出了不同检测参数与判定阈值情况下,相关算法、Chirp锁相算法和HT算法提取结果的检测概率数据,确定了红外热波雷达成像系统对CFRP层板缺陷的检测概率水平。
光通信与光传感

受光束漂移影响的深空上行激光通信链路信道容量

廖慧兮, 徐宝碧, 黄晓峰, 韩宇
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1022001-1022001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201785.1022001
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摘要 ( 15 ) 引用本文
使用Monte-Carlo仿真方法,基于光强闪烁和光束漂移的联合模型,对使用脉冲编码调制方式(PPM)和雪崩光电二极管(APD)探测器直接探测接收的深空上行激光通信链路的信道容量进行了分析。仿真结果表明,与下行链路中信道容量随着束散角的增加而单调下降的现象不同,对于存在光束漂移作用的上行星地激光链路,存在一个最优发射束散角使得星地激光系统的信道容量最大。在此基础上,对最优束散角与发射光束数目、方位角、热噪声和发射端的光束半径之间的关系进行了分析。所得的结果可以帮助实现星地激光通信系统上行链路的优化设计。

星间光通信无信标捕跟瞄技术

国爱燕, 高文军, 周傲松, 程竟爽, 何善宝
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1022002-1022002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201786.1022002
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摘要 ( 31 ) 引用本文
无信标捕跟瞄技术以通信光为信标光,无需额外的信标光激光器,在重量和功耗受限的卫星光通信应用中更具优势。针对低轨小卫星平台星间光通信,对直接探测方式下的捕跟瞄链路进行功率预算分析,研究光通信终端的无信标捕跟瞄技术,设计捕跟瞄流程,并深入分析视轴抖动对捕获时间和捕获概率的影响,提出剩余不确定区域计算方法。结果表明:所设计的无信标捕跟瞄方法所需最大激光发射功率为0.135 W,捕获时间为30 s,捕获概率为95%,能够满足低轨星间光通信链路要求。

基于3dB光纤耦合器构成的Mach-Zehnder光纤干涉仪稳定控制系统

叶全意, 高英杰, 田锦, 苏守宝, 王永嘉
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1022003-1022003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201787.1022003
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摘要 ( 12 ) 引用本文
Mach-Zehnder光纤干涉仪(MZI)是一种利用光干涉原理制成的仪器,具有体积小、重量轻、结构紧凑、抗电磁干扰和灵敏度高等优点。但是,Mach-Zehnder光纤干涉仪是一种非平衡并行结构,易受环境等因素影响导致其性能不稳定。因此,高性能测量系统和通信系统对光纤干涉仪的稳定工作提出了严格的要求。提出了一种基于3 dB光纤耦合器构成的Mach-Zehnder干涉仪的稳定控制系统,其目的是通过对探测器的输出信号进行调制,并反馈到光纤干涉仪的一臂上进行偏置控制,从而实现Mach-Zehnder光纤干涉仪的稳定工作。该方法实现简单,克服了现有3 dB光纤耦合器构成的Mach-Zehnder光纤干涉仪不能稳定工作的问题。

无人机对地光通信临界调制速率锁定

刁红翔, 常丽敏, 唐雁峰
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1022004-1022004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201788.1022004
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摘要 ( 11 ) 引用本文
为了在现有条件下对无人机遂行对地光通信任务的调制传输速率有一个准确的衡量,需要建立合适的机载光通信大气信道模型。首先划分空域范围,将影响要素限定在对流层内;之后基于对流层典型大气效应建立了综合影响模型,又进一步建立了无人机对地光通信的信道传输模型。在现有条件下进行无人机参数设置,并对不同高度条件下无人机对地光通信的有效信息总量进行仿真,得到了遂行光通信任务的最佳通信高度为2 660 m;在此高度条件下,通过选取合适调制速率点对信道传输模型进行仿真。结合临界有效信息总量的设置及仿真结果,在满足光通信系统反馈检验需求的基础上,将无人机光通信临界调制速率需求锁定在1.12 Gbps。为现有条件下光通信调制系统的设计提供了评估标准,具有较强的指导意义。

QPSK调制光通信中混合噪声的功率谱性能与误码率

陈牧, 柯熙政
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1022005-1022005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201789.1022005
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摘要 ( 9 ) 引用本文
研究了QPSK副载波调制下乘性噪声与加性噪声对接收端星座图影响。基于Gamma-Gamma信道模型,分析了乘性噪声和加性噪声影响下系统的接收星座图。通过仿真实验计算了混合噪声情况下的星座图分布以及接收端功率谱密度。讨论了混合噪声条件下,不同能见度、传输距离对系统误码率的影响。结果表明:随着湍流强度的增强,接收端功率谱存在明显的展宽迹象;不同加性噪声条件下,当能见度小于传输距离时,气溶胶粒子散射为影响通信的主要因素。不同乘性噪声条件下,当能见度处于0.5~1.5 km时,乘性噪声会影响接收光强,进一步增大系统误码率。文中工作对真实环境下降低无线激光通信的误码率和提高通信质量有重要意义。
光谱探测与分析

傅里叶变换光谱仪探测器非线性的影响及其校正方法

杨敏珠, 邹曜璞, 张磊, 韩昌佩
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1023001-1023001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201790.1023001
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摘要 ( 30 ) 引用本文
针对傅里叶变换光谱仪探测器引起的非线性进行研究,阐述了非线性的产生、分析了非线性对光谱的影响以及介绍了两种校正二次项非线性的方法:卷积法和迭代法。并采用这两种方法对干涉图进行二次非线性校正,然后在卷积法与迭代法的基础上提出一种更适用于实际数据的新方法。最后采用这三种方法对模拟数据以及实际采集数据分别进行非线性校正,实验数据说明校正后非线性能得到抑制。并且通过对比发现,新的校正方法有较好的精度及更快的速度。

X射线荧光光谱法检验橡胶鞋底的研究

姜红, 范烨, 王嘉庚, 陈煜太, 郭鹏, 满吉, 杨敏男, 钟宇
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1023002-1023002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201791.1023002
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摘要 ( 12 ) 引用本文
建立一种简便快速、灵敏准确、无损的检验橡胶鞋底物证的分析方法,为侦查破案提供线索、指明方向,为证实犯罪提供科学的依据。利用能量色散型X射线荧光光谱仪,电压为45 kV,电流为40 μA,功率为1.8 kW,样品量为1.5 cm×1.5 cm,测试时间60 s。对不同品牌、不同种类的40个橡胶鞋底样品中的无机元素进行定性和半定量分析,并考查了该方法的重现性。依据样品中所含元素的种类及含量的不同,可以对不同品牌、同一品牌不同种类的橡胶鞋底样品进行区分。同时,利用SPSS聚类分析-重心法作为类间定义距离,对橡胶鞋底样品进行分类,样品的聚类效果很好。试验结果表明:利用该方法检验橡胶鞋底样品简便快速、结果准确可靠、重现性好、无需制样且无损检材,可用于公安机关实际办案。
生物光子学

肺癌细胞及其聚苯乙烯微球模型的光散射研究

林晓钢, 朱濠, 翁凌冬, 宛楠
红外与激光工程. 2017, 46 (10): 1033001-1033001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201792.1033001
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摘要 ( 9 ) 引用本文
在生物医学和临床医学领域,许多疾病的诊断和治疗依赖于细胞形态的识别。不同细胞具有不同的形态,这些形态的不同将导致生物组织中光传播特征的变化,更重要的是这将影响细胞的光散射特性。目前,动态光散射理论是动态识别细胞尺寸和形状的最佳方式。细胞主要由细胞质、细胞核和线粒体组成,因此,分析它们的光散射特性对于光学诊断和治疗具有非常重要的意义。设计实验获取了癌细胞和聚苯乙烯球的光散射特性,并利用时域有限差分法建立细胞质模型进行细胞光散射特性仿真。从肺癌细胞的光散射结果可以看出,线粒体对前向散射(0°~20°)和后向散射(160°~180°)贡献最大,细胞核对侧向散射(80°~100°)贡献最大,细胞质对各个角度贡献均等。仿真结果和实验结果基本一致。
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